FIXACE OXIDU UHLIČITÉHO V LESNÍCH EKOSYSTÉMECH Vilém Podrázský Česká zemědělská univerzita, Lesnická fakulta Praha, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 - Suchdol ÚVOD Poutání oxidu uhličitého vegetací je jedním z důležitých faktorů globálního systému ekologické rovnovány biosféry. Lesní ekosystémy jsou významným činitelem stabilizace složení atmosféry díky své schopnosti fixovat oxid uhličitý ve velkém množství v biomase dřevin. Jejich fixační potenciál mnohonásobně převyšuje analogickou schopnost jiných vegetačních formací. Pro narušení vztahu mezi fixační schopností globální biomasy a obsahem CO 2 v zemské atmosféře se sice v současné době jako kritické jeví odlesňování v tropických oblastech, významnou schopnost tezaurace CO 2 však vykazují i lesní ekosystémy mírného pásma. Právě srovnáním tohoto potenciálu dvou výrazných typů lesních ekosystémů horských poloh střední Evropy se zabývá předkládaný příspěvek. METODIKA Pro stanovení fixačního potenciálu uhlíku v horských lesních ekosystémech byly využity výsledky pedologického výzkumu v oblasti Krkonoš v souboru trvalých výzkumných ploch, založených VÚLHM VS Opočno se zřetelem na sledování vývoje lesních porostů (Podrázský 1996a). Šetření se zaměřilo na dvě plochy, umožňující srovnání tezaurace uhlíku v přírodních porostech smrku a buku v odpovídajících si vysokých nadmořských výškách. Smrkový porost (117 C17) se nachází na území LZ Vrchlabí, v nadmořské výšce 1050 m. Expozice je SV, sklon svahu 24 o. Geologický podklad tvoří biotitická žula, na které se vyvinuly půdy typu podzolu. Lesní typ byl určen jako 8N1 - kamenitá kyselá smrčina s kapradí osténkatou, pásmo ohrožení imisemi jako C. Porosty zde mají výraznou ochrannou funkci, což se odrazilo v jejich zařazení do HS 01 - lesy na mimořádně nepříznivých stanovištích. Bukový porost byl vyhledán v masívu Rýchor v porostu 525 C16 v obvodu LZ Horní Maršov. Expozice je JZ, velice mírný svah (3 o ) přechází ve vrcholovou rovinu v nadmořské výšce okolo 1030 m. Na fylitech se vyvinuly půdy kambizemního typu, LT zde byl určen jako 7K2 - kyselá buková smrčina borůvková - (pomístně mozaika 7K3 - k.b.s. třtinová). HS byl vylišen jako 72, pásmo ohrožení imisemi B. Akumulace uhlíku byla stanovena v jednotlivých složkách ekosystémů: v biomase dřevin, v horizontech nadložního humusu a v minerální zemině. Hodnoty produkce biomasy byly převzaty ze studií Vacek - Chroust - Souček (1994, 1996). Dřevní biomasa byla přepočítána z objemových na hmotnostní charakteristiky s použitím převodních koeficientů podle Kollmanna (1951). Množství jednotlivých frakcí biomasy bylo odhadnuto podle obecných frakcionací uváděných v literatuře (např. Dejmal 1985, Klimo 1994) a pro odhad zásoby fixovaného uhlíku v biomase porostů a v mrtvém dřevě byla použita hodnota obsahu 50 % (Burschel - Weber 1992). V obou porostech bylo provedeno stanovení zásoby horizontů nadložního
humusu (L, F 1, F 2, H) podle metod publikovaných dříve (Podrázský - Souček 1995). Obsah uhlíku v holorganických i minerálních horizontech byl určen metodou Springer - Klee. V půdních vzorcích byl stanoven obsah jemnozemě, pro ni byla použita hodnota objemové hmotnosti 1,5 g.cm 3 (Šarman 1981). VÝSLEDKY A DISKUSE Výsledky jsou shrnuty v tabulce 1. Vyplývá z nich, že ekosystém horského bukového lesa poutá přibližně polovinu (50,2 %) uhlíku ve srovnání s porostem smrkovým. Relativní rozdíly byly zhruba vyrovnané ve všech složkách ekosystémů, největší byly ve množství poutaném porosty (BK obsahoval 42,5 % množství SM), menší ve množství fixovaném nadložním humusem (47,2 %) a poměrně nejmenší v minerální půdě (56,4 %). Zde byly naopak největší absolutní rozdíly, půda smrkového porostu vázala o 199,73 t.ha -1 více uhlíku, než horizonty minerální zeminy porostu buku. O něco menší diference (189,51 t.ha -1 ) byla ve množství uhlíku fixovaného v bio- a nekromase porostů. Nejmenší diference pak byla mezi oběma porosty v zásobě C vázaného v horizontech nadložního humusu (49,281 t.ha -1 ). Rozdíl v tezauraci C biomasou a nekromasou porostů byl dán především výrazně nižší objemovou produkcí bukového porostu ve stanovištních (zejména klimatických) podmínkách, jež růst buku již značně omezují. Také množství mrtvého dřeva bylo v bukovém porostu značně menší - jeho malé množství je dáno nižší produkcí a menšími dimenzemi ve spojení se snažší rozložitelností dřeva buku. Vysoký je u této dřeviny naopak podíl dřevní hmoty korun, určený relativně vyšším podílem větví. Diference ve množství uhlíku poutaného vrstvou humusu odpovídá obecným představám o dynamice humusu v porostech smrku a buku. Nižší rozložitelnost smrkového opadu determinuje větší akumulaci nerozloženého i humifikovaného materiálu na povrchu půdy ve smrkovém porostu. Relativní rozdíl je patrný zejména ve slabě transformovaných holorganických vrstvách. Nejvýrazněji se zásoba poutaného uhlíku lišila v případě horizontů minerální zeminy. Zjištěný trend neodpovídá obecným přepokladům a zjištěním, podle kterých je v ekosystému listnatého opadavého lesa poutáno méně organické hmoty ve vrstvách nadložního humusu, ale více v minerální půdě v důsledku lepší humifikace a mísení organického a minerálního půdního podílu (Schultz 1988 in Jeník 1995). Ve studovaném případě má tato odlišnost několik příčin. Sledované porosty buku a smrku nerostou ve stejných stanovištních podmínkách. Smrkový porost leží na svažité lokalitě s akumulací organické hmoty i jemnějších půdních částic, kdežto bukový porost leží v ploché vrcholové poloze, kde lze naopak předpokládat i ztráty organického a jemného minerálního půdního podílu. To se odráží i ve výrazně odlišné vertikální dynamice jemnozemě. Ve svrchních vrstvách minerálního profilu je obsah skeletu ve smrkovém porostu značně nižší. Právě tyto horizonty však hrají díky nejvyššímu obsahu uhlíku (humusu) v jemnozemi z hlediska jeho akumulace rozhodující roli. Nakolik se na tomto faktu projevuje odlišná matečná hornina a průběh jejího zvětrávání, je otázkou pro eventuální další studium. Akumulační procesy na svažitém terénu smrkového porostu jsou doložitelné i díky nepravidelnému poklesu obsahu C s hloubkou půdního horizontu.
Akumulace uhlíku v minerálních půdních horizontech odpovídá obecným výsledkům dosavadního šetření dynamiky humusu (organické hmoty) v půdě odpovídajících půdních typů. V bukovém porostu je maximum akumulace doloženo v humusových horizontech (Ah, Ahe), zatímco v porostu smrku v horizontech akumulace humusu a sesquioxidů (B horizonty). Je však nutno znovu zdůraznit, že výsledky výzkumu nedokládájí vliv smrku a buku na dynamiku půdní organické hmoty na stanovištně si odpovídajících lokalitách, ale uvádějí příklady smrkového a bukového horského lesního ekosystému ve srovnatelných - vyšších - nadmořských výškách. Zatímco smrk zde díky svým vlastnostem a charakteru terénu vytváří ještě produktivní ekosystémy s intenzivním koloběhem látek, tedy i organické hmoty, buk již dosahuje hranice vhodných podmínek pro své rozšíření. Nicméně i v těchto poměrech si zachovává příznivé působení na stav půd, což se odráží v jejich přiřazení k půdnímu typu kambizem. ZÁVĚR Horské lesní ekosystémy se vyznačují značným potenciálem tezaurace (fixace) uhlíku. Ve sledovaných porostech byly zjištěny hodnoty přes 880 t.ha -1 ve smrkovém porostu a přes 440 t.ha -1 v porostu buku. V porostu smrku bylo stanoveno větší množství poutaného uhlíku ve všech složkách ekosystému, tj. v bio- a nekromase porostů, ve vrstvě nadložního humusu i v minerální půdě. Obecné trendy dynamiky organické hmoty jsou silně modifikovány lokálními geologickými a topografickými poměry. V další etapě je žádoucí vyhodnocení fixačního potenciálu pro uhlík v rozsáhlejším spektru stanovištních a porostních podmínek, aby bylo možno usuzovat na tuto ochrannou funkci lesa v širších souvislostech. ABSTRACT FIXATION OF CARBON DIOXIDE IN FOREST ECOSYSTEMS Results of the estimation of carbon fixation potential in mountain forests of altitudes above 1050 m a.s.l. are presented from the Krkonoše Mts. (Czech Republic). Examples are documented of natural spruce and beech forest stands. The sequestered amount of carbon was determined for following compartments of ecosystems: bioand necromass of stands, holorganic layers and particular pedogenetic horizons of mineral soil. The carbon accumulation was approximately double in spruce stand in all these compartments, reaching in total more than 880 t.ha -1 for spruce and more than 440 t.ha -1 in the beech ecosystem. General trends for organic matter dynamics were substantially modified by local geological and relief conditions. The evaluation of carbon accumulation rate is desirable in more wide spectrum of site and stand conditions.
Složka ekosystému Ecosystem compartment Smrk - Spruce Buk - Beech Mrtvé dřevo - Dead wood 83,497 8,125 Živé dřevo - Stem wood 156,185 67,354 Koruny - Crowns 32,018 43,107 Kořeny - Roots 57,945 21,553 Porost - Stand total 329,645 140,139 L 6,391 1,020 F 3,977 F 26,281 12,233 H 60,633 26,774 Nadložní Holorganic layers humus 93,325 44,044 A 50,967 160,284 B 335,354 84,250 C 71,852 13,909 Půda - Mineral soil 458,173 258,443 Celkem - Total 881,143 442,626 Tabulka 1: Fixace uhlíku v jednotlivých složkách ekosystému horského smrkového a bukového lesa (t.ha -1 ) Table 1: Fixation of carbon in particular compartments of mountain forest spruce and beech stand (t.ha -1 ) LITERATURA BURSCHEL, P. - WEBER, M.: Der Wald als CO 2 -Senke. Energiewirtschaftliche Tagesfragen. 42, 1992, č. 9, s. 582-588. DEJMAL, J.: Koeficienty výtěžnosti nadzemních složek lesní dendromasy. Lesnictví, 31, 1985, č. 4, s. 273-286. JENÍK, J.: Ekosystémy. Praha, Univerzita Karlova 1995. 135 s. KLIMO, E.: Lesnická ekologie. Brno, VŠZ 1994. 170 s. KOLLMANN, F.: Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe. 2. vyd. Berlin, Springer-Verlag 1951. 1050 s.
PODRÁZSKÝ, V.: Vývoj půdního chemismu v bukových, smíšených a smrkových porostech Krkonoš. Lesnictví - Forestry, 42, 1996, č. 2, s. 92-99. PODRÁZSKÝ, V. - SOUČEK, J.: Humus accumulation and its quality in beech stands of the Rýchory massif (the Krkonoše Mts.). Communicationes instituti forestalis bohemicae. 18, 1995. s. 47-58. SCHULZ, J.: Die Ökozonen der Erde. Stuttgart, Verlag Eugen Ulmer 1988. ŠARMAN, J.: Lesnické půdoznalství s mikrobiologií. Praha, Státní pedagogické nakladatelství 1981. 225 s. VACEK, S. - CHROUST, L. - SOUČEK, J.: Produkční analýza autochtonní smrčiny. Lesnictví, 40, 1994, č. 11, s. 457-467. VACEK, S. - CHROUST, L. - SOUČEK, J.: Produkční analýzy autochtonních bučin. Lesnictví - Forestry, 42, 1996, č. 2, s. 54-66.